光电成像原理及技术-课后题答案(北理工).doc
《光电成像原理及技术-课后题答案(北理工).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光电成像原理及技术-课后题答案(北理工).doc(37页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、光电成像原理及技术 课后题答案(北理工)第一章5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点?在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑?答:a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。b、灵敏度的限制,夜间无照明时人的视觉能力很差; 分辨力的限制,没有足够的视角和对比度就难以辨认; 时间上的限制,变化过去的影像无法存留在视觉上; 空间上的限制,隔开的空间人眼将无法观察; 光谱上的限制,人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。6反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些?表达形式有哪些?答:转换系数:输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成
2、像器件用于增强可见光图像时,被定义为电镀增益G1, 光电灵敏度: 或者: 8.怎样评价光电成像系统的光学性能?有哪些方法和描述方式?答,利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数:输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程,完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。第二章6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些?答:景物细节的辐射亮度(或单位面积的辐射强度); 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角; 景物细节与背景之间的辐射对比
3、度。第三章13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型?答:根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类: 黑体,=1; 灰体,1,与波长无关; 选择体,0时透镜是会聚的(f为正),(z)0时透镜是发散的(f为负),且f与(z)成反比,即(z)越大f越小,会聚本领越强20、什么是荧光?什么是磷光? 答:晶态磷光体在受电子激发时产生的光发射称为荧光。停止电子激发后持续产生的光发射称为磷光。21.荧光屏表面蒸镀铝膜的作用是什么?(P185)在荧光屏的表层上蒸镀一层铝膜,厚度约为0.1um,其作用为:引走积累的负电荷;防止光反馈给光阴极;使荧光屏形成等电位;将光反射到输出方向。22.受激辐射可见光的
4、条件是什么?(p185)受激辐射可见光的条件是电子跃迁的能级差必须与可见光光子的能量相同。25.荧光屏的转换效率与哪些因素有关?为什么说图像分辨力和发光效率对荧光粉颗粒度的要求是相互矛盾的?(p192)荧光屏的转换效率与制作荧光屏本身的材料晶态磷光体的转换效率有关,还与屏的粉层厚度、粒度、入射电子的能量及铝膜的影响等因素有关。一般,粒度越大转换效率越高。但是,过厚的荧光屏将降低输出图像的分辨力。厚度的增加会导致光扩散的增大,分辨力将随之下降。因此,粒度应该适当。通常选取颗粒直径与荧光屏厚度相近,这样可获得发光效率与图像分辨力的最佳组合。26.光纤面板(OFP)的传像原理是什么?像管应用光纤面板
5、有什么优点?(p193)光纤面板是基于光线的全反射原理进行传像的,由于光导纤维的芯料折射率高于皮料的折射率,因此入射角小于全反射临界角的全部光线都只能在内芯中反射。所以每一根光导纤维能独立地传递光线,且相互之间不串光。由大量光导纤维所组成的面板则可以传递一幅光学图像。光纤面板使像增强器获得以下优点:增加了传递图像的传光效率;提供了采用准球对称电子光学系统的可能性,从而改善了像质;可制成锥形光纤面板或光学纤维扭像器。32.为什么MCP大多采用斜通道或弯曲通道的形式?(196、205)通常MCP不垂直于端面,而具有715 的斜角。一方面可提高通道内的二次电子发射次数,另一方面也可使正离子不能穿出通
6、道,消除或减少离子反馈。P2448.夜视成像系统对物镜的基本要求是什么?(p213)夜视成像系统对物镜的基本要求大致有以下几点: 大的同光口径和相对孔径。 小的渐晕。 宽光谱范围的色差校正。 物镜有好的调制传递特性。 最大限度的消除杂散光,杂散光对低信噪比的光电成像的影响比较明显,减小物镜的杂散光可减小像质的变坏。 在红外光学系统中,必须同时可虑聚光系统和扫描系统。 尽可能减小被动红外系统中冷反射所产生的图像缺陷。第六章9.成像物镜主要分为哪几种类型?各种类型的典型形式是怎样的?答:光电成像系统用物镜系统分为三类:折射系统、反射系统和折反射系统。(1) 光电成像系统中常用折射物镜有双高斯型和匹
7、茲伐型。双高斯结构是微光成像系统中大相对孔径的基本型,由于这种结构较容易在较宽光谱范围内修正像差,属于基本对称型结构,使轴外像差能自动抵消。在仪器视场不大的情况下,可用匹茲伐型物镜,其基本结构是两个正光焦度的双胶透镜,结构简单,球差和慧差校正较好,但视场加大时场曲严重。(2) 反射物镜分为单反射镜和双反射镜。最常见的是双反射镜。单反射镜分为球面镜喝非球面镜(抛物面、椭球面和双曲面镜)系统。球面反射镜和抛物面反射镜可单独使用,椭球面和双曲面反射镜由于其光学焦点和几何焦点不重合,慧差大,像质欠佳,通常和其他反射镜组合成双反射镜系统。(3) 把反射镜的主镜和次镜都采用球面镜,而用加入补偿透镜的方法校
8、正球面镜的球差,构成折反射物镜系统。折反射物镜可实现大口径长焦距,常用的折反射物镜有施密特系统、曼金折反射镜、包沃斯-马克苏托夫系统以及包沃斯-卡塞格伦系统。10.红外物镜相对于可见光物镜有什么不同?答:(1)大的通光孔径和相对孔径。限制微光成像系统视见能力的主要因素之一是来自景物的辐射噪声。加大物镜的孔径能最大限度地接收来自目标的辐射,获得大的靶面照度,即大的通光孔径有利于提高微光系统的信噪比。(2)小的渐晕。(3)宽光谱范围的色差校正。校正色差的光谱范围取决于系统光谱响应波段,对主动红外成像系统为0.651.2微米(,对微光成像系统为0.40.9微米,对热成像系统为1.514微米)。(4)
9、物镜有好的调制传递特性。像管为低通滤波器,目前的极限分辨力为3070lp/mm,通常要求物镜在10lp/mm的空间频率时MTF不低于75%。(5)最大限度地消除杂散光,杂散光对低信噪比的光电成像的影响比较明显,减小物镜的杂散光可减小像质的变坏。(6)在红外光学系统中,必须同时考虑聚光系统和扫描系统。(7)尽可能减小被动红外系统中冷反射所产生的图像缺陷。11、在直视型成像系统中对目镜的基本要求是什么?答12、像管直流高压电源的特点是什么?其主要包括哪几部分?答:特点(1)提供稳定的直流高压,使像管工作时保持合适的输出亮度;(2)性能稳定,在高低温环境下保证仪器正常工作;(3)实现自动亮度控制(A
10、BC)功能;(4)对于选通系统,应提供选通周期、脉宽以及延时可调的选通电压;(5)对自动快门,能够根据像管电流自动调整工作电压的占空比;(6)防潮、防震、体积小、质量轻、耗电省。包括以下几个部分:直流低压电源、晶体管变换器、升压变压器、倍压整流电路以及稳压电路。13、试以二倍压电路为例,说明倍压电路的工作原理。答:把变压器次级绕组上的交流高压整流并倍压到所需直流高压的过程。 变压器T的次级绕组输出峰值电压为V2的交流,则:(1) 正半周:假设T的输出端上负、下正,则D2因反向偏置截止,D1回路导通,对C1充电,在正半周结束前,C1两端电压为V2;(2) 负半周:T的输出端上正、下负,则D1因反
11、向偏置截止,D2回路导通,对C2充电,在负半周结束前,C2两端电压为2倍V2,送至输出端口为2倍V2的直流。15、为什么说大气后向散射对主动红外夜视仪性能将产生不利影响?答:在主动红外成像系统中,照明系统安装在接收器附近,在照射远距离目标时,探照灯光轴非常接近系统光轴。照射光束在大气传输过程中被大气散射,其中一部分后向散射将进入观察视场,在成像面上造成一个附加背景,从而降低成像的对比度和清晰度。在能见度差的情况下,这一影响是主动红外成像系统性能的一个基本限制因素,会对主动红外夜视仪性能产生不利影响。16、选通技术用于主动红外夜视仪可取得怎样的效果? 选通成像系统原理框图答:选通技术是利用短脉冲
12、光照明器和选通型像管,从时间上分开不同距离上的散射光和目标的反射光,使由被观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在像管选通工作时到达像管并成像。由于辐射脉冲在投向目标过程中所产生的后向散射辐射到达接收器时,像管处于非工作状态,可减小后向散射对成像系统的影响。19、简述直视微光成像系统对像增强器的要求。答:在设计直视型夜视成像系统时,应当提高增强器极限分辨力m0;为使系统性能尽可能达到光子噪声限,像增强器暗背景噪声应尽可能减小,通常要求;还要求像增强器有较高的G;还需注意几点:像增强器的输入输出窗类型、荧光屏类型以及调制传递函数(MTF)。20、试述像管使用自动亮度增益(ABC)电路的目的及其工作原理。
13、答:目的:自动亮度控制电路的作用是通过控制像增强器外加电压的办法来控制它的增益,以达到控制荧光屏输出图像亮度的目的,扩大了微光成像系统的使用光度范围。 级联像增强器高压电源及ABC电路工作原理:图为级联像增强器高压电源,其中包括典型的ABC电路。ABC电路实际是一个带负反馈的直流低压电源,输出的直流电压E1到直流变换电路,变为交流电压后再经升压变压器及倍压整流滤波电路后供给像增强器。图中R1、R2和稳压二极管D1构成比较电压回路;RW为取样电阻;C1为高频旁路电容;C2、C3为低频旁路电容。当比较回路电流大于BG1的基极电流Ib1时,分压电阻R1和D1上的电压为标准电压。当光阴极入射照度Ec上
14、升时,供给像增强器的电流上升,ABC电路的输出电压E1下降,最终导致供给像增强器的直流高压下降而降低了像管的增益,起到维持荧光屏亮度基本不变的作用。21、物镜和像增强器的参数如何影响系统的极限分辨力的?答:图见P229 6-29。在像增强器暗噪声可忽略的前提下,物镜和像管参数对系统极限分辨特性的影响如图所示。物镜焦距从f增大到10f,在大于星光照度10-3lx情况下,系统分辨力得到明显改善,反之则改善很小;物镜直径从D增大到10D,在低于满月光10-1lx情况下,系统分辨力得到明显改善,大于满月光改善很小;光阴极灵敏度从s提高到10s,在低于10-2lx照度范围,系统得到最大改善;增加系统积累
15、时间t得与光灵敏度s类似的改善;提高像增强器极限分辨力m0,在10-410-1lx目标照度范围对系统分辨力提供一般的改善。当D、s、t一起增加时这种改善更有意义。P24522、为什么要对像增强器进行强光保护?如何实现? 答:因为若观察场景中一直存在强光源,则像管荧光屏会出现局部饱和,影响像管寿命,甚至造成像管不可逆的损坏。传统的防护方法有分压法和散焦法,但对观察有不利影响。自动快门电路根据像管光电源大小对像管实施自动间断供电,可以防强光。23、试述像管增强器背景噪声对系统极限分辨特性的影响 答:像增强器存在的噪声(如暗噪声)将使像管输出图像对比度恶化,分辨力下降。像增强器存在等效背景照度Eo时
16、,系统极限分辨角增大,表示如下 P2951、 何为摄像管?简述摄像管的工作原理? 答、电视摄像是将两维空间分布的光学图像转换为一维时间变化的视频信号的过程,完成这一过程的器件称为摄像管。工作原理:A、 摄像管光敏元件接受输入图像的副照度进行光电转换,将两维空间分布的光强转变为两维分布的电荷量。B、 摄像管电荷存储元件在一帧周期内连续积累光敏元件产生的电荷,并保持电荷量的空间分布,这一存储电荷的元件称之为靶。C、 摄像管电子枪产生空间两维扫描的电子束,在一帧周期内完成全靶面的扫描,逐点扫描的电子束到达靶面的电荷量与靶面存储的电荷量相关,受靶面存储的电荷量的调制,在输出电路上产生与被扫描点辐照射强
17、度成比例的信号,即视频信号。3、摄像管的结构由几部分组成?各部分的作用是什么?答:主要由光电变换与存储部分和信号阅读部分两大部分组成。A、 光电变换与存储部分:将光学图像变成电荷图像,并在整个帧周期内在靶上连续地对图像上的任一像元积累电荷信号。B、 信号阅读部分:从靶面上取出信号4、摄像管是怎样分类的?按光电变换的形式可分为哪几类?按视频信号读出方式又可分为哪几类?答:可按下面3种方法分类:a 按电荷积累方式分类 b按光电变换形式分类 c 按视频信号读出方式分类 其中按b可分为:外光电变换型和内光电变换型 按c可分为:信号板输出型和双面靶输出型17、热释电摄像管的靶有什么特点?具有什么性质?答
18、:(1)热释电摄像管的靶是热释电靶,是具有热释电效应的铁电体材料所制成的; (2)性质:利用热释电效应工作,仅对随时间变化的热辐射有响应; 是良好的绝缘体,容易积累电荷。20、简述热释电摄像管的工作过程。为什么要给热释电摄像管靶加基底电荷?目前产生基底电荷有哪几种方式?答:(1)工作过程:具体答案在课本7.4.2节(P285P289),这里只写大标题 热释电靶的单筹化; 靶面电荷图像的形成; 热释电靶电荷图像的读出。(2)加基底电荷的原因: 靶面电荷图像形成时:靶面的信号电荷是由扫描电子束的负电荷着靶后才形成视频信号的,故靶面信号电荷必须为正。而靶是绝缘体,信号电荷又是静电的束缚电荷,扫描电子
19、束着靶的负电荷不能在帧周期内导走,所以为了防止热释电摄像管中靶面上产生负电荷积累,必须在每次电子束扫描后都给靶面提供一定量的正电荷; 电荷图像读出时:同上(3)方法:二次电子发射法;摄像管内充气法;泄漏电流法。21、热释电摄像管工作时有什么要求?对应这几种要求又哪几种工作方式?各有何优缺点?答:热释电靶面上的静电电荷面密度随靶温度变化而产生相应的变化。为了能连续摄取图像,要求热释电摄像管在每次电子束扫描靶面后,能够重新产生靶面的静电电荷图像。具体方法:平移式:摄全景式:优点:装置简单。但图像总在运动,不便于观察,热目标后边缘有黑色拖尾斩光式缺点:附加斩光装置及其相关系统,斩光速度与扫描速度协调
20、,必须加校正电路将负极性新后倒相P3663、什么是CCD的开启电压?为什么实际工作中CCD的开启电压必须考虑平带电压?平带电压又是怎样的?解:CCD开始产生沟道所需要的栅压就是开启电压。理想的MOS系统的C(Vg)特性往往与实际测得的C(Vg)特性不完全一致,这是因为没有考虑金属电极和半导体的功函数差ms、Si-SiO2界面上存在的表面电荷Qss以及在SiO2中因玷污产生的可动电荷等因素的影响作用,所以,必须对理想情况下的结果进行修正。由于上述因素的影响,表面能带向下弯曲,为了使表面能带由弯曲变成平直,恢复平带状态,而在金属栅极上所加的负的偏压就是平带电压。(P302)5. 什么是界面态?怎样
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光电 成像 原理 技术 课后 答案 北理工
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【快乐****生活】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【快乐****生活】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。